Zum Tragverhalten von in Holz eingeklebten Lochblechen
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Tragverhalten von Lochblechen aus Stahl untersucht, die mit zweikomponentigen Klebstoffen in Holz eingeklebt werden, um tragfähige Verbindungen herzustellen. Die Untersuchungen erfolgten in Form von Traglastversuchen sowie mit FE-Modellierungen. Ziel war es, den bestehenden Bemessungsansatz zu überprüfen bzw. zu verbessern.
Da eingeklebte Lochbleche viele Variationsmöglichkeiten bieten, orientierte sich die Betrachtung auf Verbindungen, die mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-9.1-770 bereits als HSK-System geregelt sind. Hierzu wurde das Bemessungskonzept in dieser Arbeit erstmals ausführlich dargestellt und Bemessungsbeispiele wurden erarbeitet.
Durch Zugversuche an eingeklebten Lochblechen unter Normalklima konnte gezeigt werden, dass auch bei unterbundener Adhäsion zwischen Lochblech und Klebstoff hohe Tragfähigkeiten erzielt werden, wobei sich der Klebstoff mechanisch mit dem Lochblech verzahnt. Die Steifigkeit nahm bei unterbundener Adhäsion jedoch deutlich ab. In Druckscherversuchen konnte dargelegt werden, dass ein duktiles Stahlversagen bereits bei kleinen Einklebetiefen bei hoher Steifigkeit hervorgerufen wird. Auch in Biegeversuchen konnten hohe Steifigkeiten nachgewiesen werden. Die Adhäsion zwischen den Lochblechen und dem Klebstoff hatte dabei nur einen geringen Einfluss.
Die Traglastversuche wurden im Anschluss mit Finite-Element-Modellen simuliert. Dadurch konnten Kraft- bzw. Spannungsverteilungen in den Verbindungen nachvollzogen werden. Die Verformungen der Verbindungen konnten insgesamt gut abgebildet werden. Abgesehen vom Stahlversagen trat in den Versuchen meist ein Versagen des Holzes in der Übergangsphase zum Klebstoff auf. Dafür waren laut den numerischen Modellen i.d.R. die Schubspannungen und die Querzugspannungen im Holz senkrecht zur Blechebene maßgebend. Hoch beanspruchte Bereiche konnten mit Hilfe des Norris-Kriteriums detektiert und dreidimensional dargestellt werden.
Zur Bestimmung der Fließgrenze bei Schubbeanspruchungen wurde ein neuer Beiwert eingeführt, wodurch eine höhere Ausnutzung des Lochblechs ermöglicht wird. Außerdem wurden bei Biegebeanspruchungen zwischen dem bestehenden Bemessungsansatz und den Untersuchungsergebnissen Abweichungen festgestellt, weshalb für diese Belastungsart ein neuer analytischer Bemessungsansatz hergeleitet wurde. Durch diesen Berechnungsansatz können eingeklebte Lochbleche bei Biegebeanspruchung zukünftig effizienter ausgelegt werden.
The load-bearing behaviour of perforated steel plates glued into wood with two-component adhesives, which are used to create connections, was investigated in this work. The investigations were carried out in the form of ultimate load tests as well as with FE modelling. The aim was to verify or improve the existing design approach.
Since glued-in perforated steel plates allow for many variation possibilities, the focus was on connections that are already regulated HSK systems per building approval Z-9.1-770. The design concept was presented in detail and design examples were developed in this paper for the first time.
Tensile tests on glued-in perforated steel plates under normal climatic conditions showed that high load capacities were achieved even when adhesion between the perforated plate and the adhesive was prevented, whereby the adhesive mechanically interlocks with the perforated steel plate. However, the stiffness decreased significantly when adhesion was prevented. In compressive shear tests, it was demonstrated that steel failure becomes more ductile even at small bond depths while remaining high stiffness levels. High stiffness could also be demonstrated in bending tests. The adhesion between the perforated steel plates and the adhesive had only a minor influence.
The bearing load tests were additionally simulated with finite element models. This made it possible to comprehend force and stress distributions in the connections. The deformations of the connections were imaged well overall. Apart from steel failure, a failure of the wood in the transition phase to the adhesive was the most common to occur in the tests. According to the numerical models, this was generally due to the shear stresses and the transverse tensile stresses in the wood perpendicular to the plane of the steel plate. With the help of the Norris criterion, highly stressed areas could be detected and illustrated three-dimensionally.
A new coefficient was introduced to determine the yield point under shear loads, which allows a better utilization of the perforated steel plate. In addition, discrepancies were found between the existing design approach and the test results for bending loads, which is why a new analytical design approach was derived for this type of load. This calculation approach will make it possible to design glued-in perforated steel plates more efficiently for bending loads in future.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
